一體化光電融合計(jì)算發(fā)展與挑戰(zhàn)

張 天 淡一航 樊澤洋 陳 奇 來(lái)一航 徐興元 徐 坤

（北京郵電大學(xué)信息光子學(xué)與光通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100876）

1 引言

20 世紀(jì)90 年代的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，大量高科技作戰(zhàn)手段、新型信息化作戰(zhàn)模式的出現(xiàn)正式拉開了現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)的序幕，全新的作戰(zhàn)理念改變了世界對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)樣式的理解，對(duì)現(xiàn)代軍事發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。陸、海、空、天、網(wǎng)電“五維一體”全方位、跨域協(xié)同、信息共享的聯(lián)合作戰(zhàn)樣式成為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的重要特點(diǎn)，期待利用綜合一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、通信、電子戰(zhàn)、導(dǎo)航、敵我識(shí)別等多種設(shè)備集中共用射頻資源和數(shù)據(jù)處理資源，克服作戰(zhàn)平臺(tái)上疊加電子信息系統(tǒng)導(dǎo)致的質(zhì)量/體積/功耗增加、保障維護(hù)困難等問題［1-3］。

面對(duì)一體化的聯(lián)合作戰(zhàn)需求，雷達(dá)、通信設(shè)備等往往要處理共享的海量戰(zhàn)場(chǎng)信息數(shù)據(jù)，對(duì)于計(jì)算平臺(tái)的計(jì)算速度和能效都提出了極大的要求；同時(shí)，一體化信號(hào)處理包含了一體化波形設(shè)計(jì)、聯(lián)合發(fā)射波束成型、聯(lián)合信號(hào)接收等方面，其對(duì)于矩陣乘法運(yùn)算具有大量的需求［3］；此外，機(jī)器學(xué)習(xí)方法也廣泛應(yīng)用于綜合一體化技術(shù)中，比如在雷達(dá)通信一體化接收機(jī)設(shè)計(jì)中，在噪聲和干擾同時(shí)存在的情況下使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法區(qū)分雷達(dá)與通信信號(hào)［3］。其中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是機(jī)器學(xué)習(xí)的重要網(wǎng)絡(luò)構(gòu)型之一。面對(duì)一體化技術(shù)對(duì)于計(jì)算速度、能耗、矩陣乘法運(yùn)算和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算加速等方面急迫的需求，傳統(tǒng)設(shè)備往往利用中央處理器（CPU）等采用馮·諾依曼架構(gòu)的計(jì)算單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而這類計(jì)算單元都存在存儲(chǔ)和計(jì)算單元空間分離的“存儲(chǔ)墻”問題，這將導(dǎo)致存儲(chǔ)單元和計(jì)算單元之間產(chǎn)生大量潮汐性數(shù)據(jù)荷載，從而限制計(jì)算速率，增加單次計(jì)算功耗［4］。……